[论文解读] A Distributed Sensor Data Search Platform for Internet of Things Environments

Luiz H. Nunes, Júlio Cézar Estrella+6 more|ORCA Online Research @Cardiff (Cardiff University)|Jun 25, 2016

Data Stream Mining Techniques参考文献 19被引用 5

一句话总结

本文提出了 ViSIoT，一种分布式传感器数据搜索平台，可在物联网环境中实现传感器即服务的发现与利用。通过语义索引和去中心化架构，ViSIoT 允许技术与非技术人员用户查询传感器数据——通过一个真实世界案例研究得以验证，该研究为类风湿性关节炎患者生成天气报告，在工作原型中实现了高效的数据检索与可扩展的性能表现。

ABSTRACT

Recently, the number of devices has grown increasingly and it is hoped that, between 2015 and 2016, 20 billion devices will be connected to the Internet and this market will move around 91.5 billion dollars. The Internet of Things (IoT) is composed of small sensors and actuators embedded in objects with Internet access and will play a key role in solving many challenges faced in today's society. However, the real capacity of IoT concepts is constrained as the current sensor networks usually do not exchange information with other sources. In this paper, we propose the Visual Search for Internet of Things (ViSIoT) platform to help technical and non-technical users to discover and use sensors as a service for different application purposes. As a proof of concept, a real case study is used to generate weather condition reports to support rheumatism patients. This case study was executed in a working prototype and a performance evaluation is presented.

研究动机与目标

• 解决当前物联网网络中传感器间数据互操作性有限的问题。
• 使技术与非技术人员用户能够跨分布式数据源发现并利用传感器数据。
• 在动态物联网环境中开发一种可扩展的、基于语义的传感器数据搜索平台。
• 通过一个涉及类风湿性关节炎患者气象数据的真实世界医疗用例，证明平台的可行性与性能。

提出的方法

• 设计一种去中心化、分布式架构，以管理物联网设备中异构的传感器数据。
• 使用本体实现语义索引，使用户能够对传感器数据进行高层次、人类可读的查询。
• 集成查询处理引擎，将自然语言或高层次查询转换为低层次的传感器数据请求。
• 构建一个工作原型，以支持从分布式传感器网络中实时发现和检索数据。
• 通过一个涉及环境传感器的案例研究，生成与患者相关的气象条件报告。
• 通过查询响应时间、负载下的可扩展性等基准测试指标评估系统性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使非技术人员用户能够语义化地索引并发现来自多样化、分布式物联网源的传感器数据？
• RQ2 何种架构设计能够实现在物联网环境中对异构传感器数据进行高效、可扩展且去中心化的搜索？
• RQ3 语义搜索平台能否有效支持如利用环境数据进行健康监测等真实应用场景？
• RQ4 在真实世界数据工作负载下，系统的查询响应时间和可扩展性表现如何？

主要发现

• ViSIoT 平台成功使非技术人员用户能够通过高层次、语义化的查询发现并访问传感器数据。
• 原型系统表现出低延迟的查询响应时间，表明其在实时应用中的实际可用性。
• 语义索引显著提升了在异构传感器网络中的数据可发现性。
• 原型在查询负载增加的情况下仍实现了可扩展的性能，验证了分布式架构的高效性。
• 案例研究证实，该平台能够从分布式的环境传感器中生成有意义的、针对患者的天气报告。
• 性能评估表明，即使在连接传感器和查询数量不断增加的情况下，系统仍能保持响应能力。